車輪踏面缺陷檢測專利技術(shù)綜述

趙益

摘 要： 本文基于專利申請梳理了各種車輪踏面缺陷檢測技術(shù)的發(fā)展歷程，并對該技術(shù)的專利申請量、主要申請人及其主要技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞： 車輪踏面；缺陷檢測；專利分析

1前言

車輪在運(yùn)行過程中會由于各種原因?qū)е萝囕喬っ娉霈F(xiàn)不同程度的損傷，這些損傷對行車穩(wěn)定性、安全性以及各部件的使用壽命會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。車輪踏面狀態(tài)優(yōu)劣直接關(guān)系著軌道車輛的運(yùn)行安全和服務(wù)質(zhì)量。通過對車輪踏面缺陷的檢測，可以及時掌握運(yùn)行中車輛車輪的狀態(tài)，以更加準(zhǔn)確、合理的方式對車輛進(jìn)行維護(hù)，保證其運(yùn)行品質(zhì)。

2專利技術(shù)發(fā)展歷程

車輪踏面缺陷的檢測方法分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量。按原理劃分，主要動態(tài)方法包括：監(jiān)測輪軌作用時產(chǎn)生的振動的“振動加速度監(jiān)測法”，接觸監(jiān)測踏面偏心距的“接觸測量法”，采用現(xiàn)代相機(jī)技術(shù)的“光電測量法”，以及“渦流法”等，這些各有其優(yōu)缺點(diǎn)以及適用的環(huán)境。

靜態(tài)測量技術(shù)集中在20世紀(jì)中后期，波蘭、德國于20世70年代研制出輪對自動檢查裝置，如專利PL16760873A、 DE2537086A，其可同時檢測兩個車輪的外形參數(shù)。

動態(tài)監(jiān)測方法后來居上，逐漸成為車輪缺陷監(jiān)測的主流方法。前蘇聯(lián)于1951年首次發(fā)表了動態(tài)接觸檢測裝置（專利SU441654A），通過測量探針的位移值來檢測車輪輪輞缺陷；美國和匈牙利也于隨后相繼研制了類似的技術(shù)，如專利US19650441024A （1965）、HU9902642A（1999）；20世紀(jì)末期及21世紀(jì)初期，中國在接觸測量法方面也開始做了一些研究，如專利CN2464595Y（2001）。振動加速度監(jiān)測法也最先出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，瑞典專利SE8006052A（1980）公開了一種滾動車輪輪輞擦傷測量裝置，其通過分析加速度值，提取表征踏面缺陷的加速度值檢測車輪踏面；在隨后的20世紀(jì)90年代，日本等國也相繼研制出了利用振動加速度監(jiān)測法的車輪踏面損傷檢測裝置，中國在該時期也研制出了相應(yīng)的檢測裝置，如西南交通大學(xué)的專利 CN1065431A（1992）。德國于1985年首次發(fā)表光電測量專利DE3526923A，其最早地利用發(fā)射激光到輪輞上測量兩者之間的距離，隨后類似的專利申請開始涌現(xiàn)，如：DK488486A（1986）、WO88/027013（1988）、US20010981174A（2001）等。德國于1998年研制的“輪對自動診斷裝置”（DE29811324U），可在車速不大于5km/h時，自動檢測車輪斷面的幾何參數(shù)。隨后的專利申請均是基于激光攝像的改進(jìn)，代表性的專利文獻(xiàn)有：ESP9501305A （1995）、CN2910707Y（2006）、DE10313191A（2003）、CN200960940Y（2006）、JP25522295A（1995）、RU2009142453A（2009）等。

3專利申請量及分布

通過對車輛車輪踏面缺陷檢測專利分析可知，關(guān)于車輪踏面缺陷檢測的專利申請量整體隨時間的增加呈上升趨勢，結(jié)合其技術(shù)發(fā)展歷程來看，其總體上可以分為幾個階段。

緩慢發(fā)展期（1980年以前）：這個時期專利申請量不大，只有德國、蘇聯(lián)等少數(shù)國家研制了接觸式測量法和靜態(tài)的光電測量法，專利申請數(shù)量也緩慢增長。全面發(fā)展期（1980-1995）：該時期的專利申請量呈現(xiàn)了一個跳躍式的增長，這也是由于從20世紀(jì)80年代起，車輪輪輞缺陷監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全面發(fā)展，光電測量法、渦流法、振動加速度測量法等檢測方法均在這一時期問世，接觸式測量法也在這一時期得到了突破性的發(fā)展，相應(yīng)的專利申請量自然也就全面提高。平穩(wěn)發(fā)展期（1995-2010）：20世紀(jì)90年代末期至21世紀(jì)初期這個世紀(jì)交替的時期，德國、蘇聯(lián)、日本等傳統(tǒng)車輪輪輞缺陷監(jiān)測技術(shù)強(qiáng)國保持著技術(shù)平穩(wěn)發(fā)展，像中國這樣的發(fā)展中國家也在這一時期加入了該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展和專利申請的行列。飛速發(fā)展期（2010-2015）：2010年后，通信、光電等技術(shù)迅猛發(fā)展，成為新時期的旗幟，也帶動了車輪輪輞缺陷監(jiān)測技術(shù)的飛速發(fā)展，中國也在這一時期成為了專利申請的主要力量。

在各國專利分布中，德國是該領(lǐng)域的技術(shù)大國，占比達(dá)到了最多的18%，大部分的靜態(tài)、動態(tài)測量方法幾乎都由德國首先發(fā)表，而德國有關(guān)專利的數(shù)量也是最多的，其創(chuàng)新力最強(qiáng)，作為該領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊主導(dǎo)著檢測技術(shù)的發(fā)展。緊跟其后的是日本15%、美國11%、俄羅斯11%以及西班牙11%。中國在該領(lǐng)域的專利占比也達(dá)到了8%，我國的車輪輪輞缺陷檢測專利最早為1988年（CN88202326U，車輪輪緣踏面聯(lián)動檢測儀），為靜態(tài)接觸檢測裝置，在21世紀(jì)初期開始飛速發(fā)展，但在技術(shù)上較德國還存在較長時間的滯后，而在近年，我國高速鐵路發(fā)展迅速，各軌道交通公司以及西南交通大學(xué)等高校大力研究和創(chuàng)新技術(shù)，加之對專利的愈加重視和利用，輪輞檢測裝置得到了很大的改進(jìn)和突破，正在緊追德國等技術(shù)強(qiáng)國。

4主要申請人及其技術(shù)分析

德國的兩家鐵路分司黑根沙伊特-MFD有限公司及兩合公司、古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司作為核心技術(shù)發(fā)明最早的兩大公司，其擁有最多車輪輪輞缺陷檢測專利，其余像INT （美國）、TOSHIBA（日本）、MOSC（俄國）、MITSUBISHI（日本）等幾家公司專利數(shù)量占比也較高。值得注意的是，中國高校申請所占比也達(dá)到了6%，以西南交通大學(xué)為代表的高校在光電測量法檢測裝置方面的研究達(dá)到了較高的水平，也申請了相當(dāng)數(shù)量的專利，為中國該領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。

德國的古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司是最早申請動態(tài)光電踏面檢測裝置的申請人，其最早研究這一核心技術(shù)。最初研制的激光測距（DE3526923A），可以通過發(fā)射激光到輪輞上測量兩者之間的距離，再通過距離比較得到輪輞（即踏面）的缺陷值；而后發(fā)展到利用攝像機(jī)進(jìn)行拍照（DE29811324U），通過圖像分析處理啊來得到車輪輪輞的外形狀況，其測量精度及全面性進(jìn)一步提高；由于激光受拍攝設(shè)備和環(huán)境因素影響較大，而后的技術(shù)主要在攝像機(jī)的位置設(shè)置、數(shù)據(jù)的校正及處理等方面進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)一步提高其測量精度和減小外界因素的干擾；從開始研究到成熟階段，之間經(jīng)歷了20幾年的發(fā)展歷程。

中國的鐵路公司以及高校在21世紀(jì)以來成為該領(lǐng)域重要申請人，其中鐵路公司的主要代表是中車集團(tuán)；而高校方面，最具代表性的有西南交通大學(xué)。中外申請人在動態(tài)光電測量法檢測專利申請的起步時間相差了20年左右，但是中國申請人技術(shù)進(jìn)步的速度要遠(yuǎn)超德國古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司。一方面由于投入了大量的資源進(jìn)行研究，另一方面也由于國外大量專利為我國的技術(shù)改進(jìn)提供了良好的參考和基礎(chǔ)。隨著國家對創(chuàng)新的鼓勵與支持，相信在不久的將來，我國車輪踏面缺陷檢測技術(shù)就將追上德國等技術(shù)大國甚至超越。

5結(jié)語

本文從專利的角度對車輪踏面缺陷檢測技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，介紹了主要檢測方法的發(fā)展歷史及趨勢，并重點(diǎn)關(guān)注了主要申請人的技術(shù)和專利分布，對該領(lǐng)域技術(shù)了解具有很大幫助?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]馬林. 車輪踏面外形幾何參數(shù)的監(jiān)測技術(shù)[J]. 國外鐵道車輛， 1998（6）：40-41.

[2]張渝，王黎，高曉蓉，等. 國內(nèi)外車輪踏面損傷監(jiān)測技術(shù)綜述[J]. 機(jī)車車輛工藝，2002，2（l）：2-3.